真空工程理论基础张世伟）课件.ppt

第一章 引论 1.1 真空及其度量 概念 物理学上的真空：指没有或者不计气体分子和原子存在的物理空间。 应用物理与技术所讨论的真空:低于一个标准大气压的气体状态 　 标准大气压－北纬45度海平面，海拔高度为零，空间温度为27摄氏度的大气压.此时压强为: 分子密度为: 2) 真空发展史 最早的真空获得和应用的实例——可追溯到公元前6世纪，那时我国炼铁技术已相当进步，为了融化铁，在炼铁炉上配有鼓风设备。最初使用的叫“鞲”的皮囊鼓风、“风箱”鼓风。风箱的作用过程包括：负压吸气和增压排气。与现在的往复式活塞真空泵的作用原理基本相同。 典型的真空应用的例子：中医的拔火罐。利用了空气的热胀冷缩、蒸气冷凝等物理现象来形成罐内真空。 真空技术开始的标志——1643年Torrcelli(意大利)托里拆利实验 帕斯卡(法 物理学家 数学家)－12岁发现三角形内角和定理,24岁发现压强.证明了大气压与高度有关 1654年德国人葛利克发明了活塞真空泵——马德堡半球实验（为了证明大气压的巨大力量） 真空技术最初的理论基础——1662年，英国人玻义耳发现了玻义耳定律；1738年瑞士人伯努利提出了气体分子运动论。 1905年德国人盖得发明了机械泵、1906年皮拉尼发明了热阻真空计、1913年和1915年盖得先后发明了分子泵和扩散泵、1916年贝克利发明了热阴极电离计。真空技术迅速从低真空发展到高真空。1936年希克曼发明了分馏式油扩散泵、1937年潘宁发明了冷阴极电离计，使高真空技术在获得和测量两个方面基本完善。 1940年以后真空技术在原子能方面得到广泛应用，并在真空冶金、真空镀膜、真空冷冻干燥等方面得到扩展。到1950年，真空范围已提高到 。贝阿德—阿尔伯特在1950年发明了B-A规，为测量高真空创造了条件。1953年吸气泵-离子泵的出现，使人们可以获得清洁超高真空。 从20世纪50年代到70年代的20多年里，真空技术融入了许多尖端科学技术并一起得到迅速发展。高能加速器、等离子体核聚变装置、微电子学中的超大规模集成电路，特别是航天技术，促使真空技术发生新的飞跃。压力范围下降到 现代真空科学与技术分成8个学科分支：真空技术、真空冶金、等离子体科学与技术、薄膜科学与技术、电子材料与加工工艺、表面科学、应用表面科学、纳米科学与技术 真空的特点: 1稀3少 气体较为稀薄 单位体积内分子数目较少(分子密度小) 分子之间或分子与其它质点之间碰撞几率减少 分子在单位时间内碰撞于单位表面积上的次数相对减少 分类: 按成因分为自然真空和人为真空 动物 人(肺): 吸满气(740Torr)呼气(300Torr) 章鱼: 呼气时可达100Torr 蚊子: 吸血原理,利用大气压与腹腔压差造成真空 在100公里以下,海拔每增高15公里,大气压递减约1个数量级. 珠峰顶处的气压为32kPa，仅为海平面的三分之一 飞机: 10km以上高空, 200Torr左右,即26kPa 真空度:气体稀薄程度 可用气体压强、分子密度、平均自由程和单分子层形成时间来描述。真空技术中通常用压强来表示，压强越低,真空度越高。低真空时，有时用“真空度百分数”表示。 压强: Torr Pa bar mmHg 1.2 真空区域的划分及其物理特性(应用) 1）低真空（ Pa） n稠密，和正常情况下无太大差别，气体分子仍以杂乱无章的热运动为主，气体分子间的相互碰撞还十分频繁，很难实现带电粒子的定向运动，气体流动属粘滞流态。 应用：得到压力差—1公斤/平方厘米（并不要求空间性质有所改变） 力学作用－真空吸引和输送（无网捕捞、吸鱼机、搬运）、真空成型、真空侵渍、拔火罐（起源于东晋公元300年左右） 戈力特半球实验 2）中真空（　　 ） 气体分子密度和常压相比有很大下降，氧化程度降低——真空冶炼（黑色金属的真空熔炼、脱气、浇铸和热处理）—金属材料内气泡、疏松减少，机械强度和性能大大增强 气体中的带电粒子在电场作用下将产生定向运动——气体放电——真空电弧炉 气体的对流消失——真空隔热和绝缘、（保温）保温瓶 液体的沸点降低　冷冻－升华：真空冷冻脱水、冬天凉衣服、真空冷冻干燥蔬菜、食品 高速空气动力学实验设备（火箭、